中國(guó)水泥立窯的發(fā)展與淘汰
一、第一個(gè)發(fā)展高潮(中國(guó)立窯水泥廠始創(chuàng)期間)
進(jìn)入20世紀(jì)后,廣東士敏土廠繼澳門(mén)青洲英坭廠和唐山細(xì)綿土廠之后,于1907年采用立窯建廠;1917年德國(guó)人在山東青島創(chuàng)辦立窯廠;時(shí)隔4年后的1921年,致敬洋灰股份有限公司在山東濟(jì)南也開(kāi)始籌辦一個(gè)立窯水泥廠。中國(guó)在清末民初期間,延綿30多年時(shí)間里成立的這幾個(gè)立窯水泥廠,它們都采用購(gòu)自國(guó)外的技術(shù)(尚處于初級(jí)階段的立窯設(shè)備),其裝、卸料都是人工作業(yè),往往只是在操作技術(shù)很高的條件下,才能生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。
1938年抗日戰(zhàn)爭(zhēng)全面爆發(fā),日軍不斷蠶食中國(guó)領(lǐng)土,工廠紛紛內(nèi)遷,戰(zhàn)事日趨嚴(yán)峻,敵后水泥奇缺。由于當(dāng)?shù)卦O(shè)備制造和采購(gòu)條件極差,建設(shè)資金又十分短缺,于是在敵后廣大地區(qū)開(kāi)始興建立窯水泥廠,在3~5年內(nèi)就辦起了6個(gè)立窯廠,這就是中國(guó)水泥史上興辦立窯廠的第一個(gè)高潮。
企業(yè)采用的立窯設(shè)備都是由中國(guó)設(shè)計(jì)制造,技術(shù)比較落后,規(guī)模都很小。例如昆明水泥廠,該廠在王濤總工程師的領(lǐng)導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)建造了1條人工裝、卸料的Φ2.5×12m鋼筒體立窯;在建設(shè)第2條生產(chǎn)線時(shí),由于受條件所限,只得自行建造鋼筋混凝土筒體的同規(guī)格立窯;為應(yīng)付市場(chǎng)的急需,后來(lái)甚至建造了4條不同尺寸的磚砌筒體立窯。在中國(guó),對(duì)這種人工裝、卸料的規(guī)格不定型的磚砌的或鋼筋混凝土筒體的立窯,人們統(tǒng)稱為土立窯;對(duì)人工卸料的規(guī)格定型的鋼筒體立窯則稱為普通立窯。昆明水泥廠是中國(guó)國(guó)產(chǎn)普通立窯和土立窯的發(fā)祥地,也是中國(guó)水泥史上采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備建立窯廠的里程碑??谷諔?zhàn)爭(zhēng)期間敵后地區(qū)所建立窯水泥廠,其生產(chǎn)技術(shù)都處在土立窯和普通立窯的水平,它們對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)發(fā)揮了重要作用。如昆明水泥廠,當(dāng)時(shí)該廠生產(chǎn)的水泥主要用于諸如滇緬公路、滇越鐵路、昆明空軍基地、“五一”兵工廠等等為戰(zhàn)事服務(wù)的各種設(shè)施建設(shè),對(duì)抗日戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利作出了貢獻(xiàn)。
在抗日戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的淪陷區(qū)內(nèi),除青島和濟(jì)南的兩個(gè)立窯廠外,1940年日本人在大同的口泉鎮(zhèn)建成1個(gè)立窯水泥廠,采用德國(guó)制造Φ2.5×10m的機(jī)械裝、卸料的鋼筒體立窯,年產(chǎn)水泥3萬(wàn)噸。這種機(jī)械化裝料和卸料的鋼筒體立窯,在中國(guó)稱為機(jī)械化立窯,簡(jiǎn)稱機(jī)立窯??谌鄰S是中國(guó)第一個(gè)機(jī)立窯廠。
在清末民初開(kāi)始采用立窯到中華人民共和國(guó)成立的半個(gè)多世紀(jì)里,立窯生產(chǎn)隨著技術(shù)進(jìn)步和政治形勢(shì)變化而不斷發(fā)展和淘汰。唐山細(xì)綿土廠的立窯生產(chǎn),于1906年在該廠重建時(shí)被淘汰,改用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)。廣東士敏土廠的立窯在廣東西村士敏土廠回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線建成后便停止生產(chǎn),改為水泥粉磨廠。山東青島立窯水泥廠在第一次世界大戰(zhàn)中被日本人從德國(guó)人手中接管,抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后又被國(guó)民政府所接收,1947年被賣(mài)給一家私人企業(yè)后不久就停產(chǎn)關(guān)閉。在抗日戰(zhàn)爭(zhēng)期間新建的一大批立窯廠中,江西水泥廠由于生產(chǎn)條件不足,在抗戰(zhàn)勝利后未能繼續(xù)運(yùn)行。這樣,到1949年中華人民共和國(guó)成立時(shí)共有8個(gè)立窯水泥廠,它們是:四川省嘉華水泥廠、湖南省零陵水泥廠、陜西省白水水泥廠、甘肅省窯街水泥廠、云南省昆明水泥廠、貴州省貴陽(yáng)水泥廠、山東省濟(jì)南水泥廠、山西省口泉水泥廠。
這些廠的年水泥生產(chǎn)能力總共為7.2萬(wàn)噸,后來(lái)都成為共和國(guó)立窯水泥企業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)。
二、共和國(guó)的小水泥
中華人民共和國(guó)成立后,水泥產(chǎn)品根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和隸屬關(guān)系的不同,分為大水泥和小水泥的不同稱謂。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期,大水泥是指國(guó)家大中型水泥企業(yè)生產(chǎn)的,由中央人民政府統(tǒng)一分配銷(xiāo)售的水泥。這些企業(yè)都采用回轉(zhuǎn)窯技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),其水泥質(zhì)量由國(guó)家檢驗(yàn)機(jī)關(guān)進(jìn)行統(tǒng)一例行檢驗(yàn)和監(jiān)督,有可靠保證。小水泥是指地方小型水泥企業(yè)生產(chǎn)的由地方政府分配銷(xiāo)售或進(jìn)入市場(chǎng)的水泥。這些企業(yè)的產(chǎn)品90%以上是采用立窯技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),約有6%~8%是采用小回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn),其水泥質(zhì)量良莠不齊。在改革開(kāi)放時(shí)期,隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的深化,水泥統(tǒng)配制度被撤銷(xiāo),水泥工業(yè)統(tǒng)計(jì)方法也發(fā)生變化。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,將年產(chǎn)20萬(wàn)噸以上水泥的立窯廠都列入大中型企業(yè),于是,大水泥和小水泥的含義略起變化?,F(xiàn)在大水泥一般是指回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥,小水泥是指立窯生產(chǎn)的水泥,也有一些人將小型回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的水泥仍然視作小水泥。
新中國(guó)建國(guó)初期,小水泥產(chǎn)量很低。經(jīng)濟(jì)恢復(fù)期結(jié)束后的1953年,全國(guó)小水泥產(chǎn)量?jī)H5萬(wàn)噸,1955年為12萬(wàn)噸,占水泥總產(chǎn)量的比例波動(dòng)在1%~3%之間。1958年以后,小水泥產(chǎn)量開(kāi)始發(fā)生劇烈變化。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料,1956年到1976年和1976年到1990年,我國(guó)小水泥產(chǎn)量變化情況分別示于圖1和圖2。由于小水泥中90%以上是由立窯生產(chǎn),所以小水泥產(chǎn)量變化情況在很大程度上可表示立窯企業(yè)水泥生產(chǎn)的發(fā)展?fàn)顩r。按國(guó)家統(tǒng)計(jì)資料測(cè)算出的1990年到2002年立窯企業(yè)水泥產(chǎn)量變化情況示于圖3。
三、第二個(gè)發(fā)展高潮(“大躍進(jìn)”期間)
1958年到1960年有一個(gè)小水泥產(chǎn)量的高增長(zhǎng)期,這是中國(guó)水泥史上立窯生產(chǎn)的第二個(gè)發(fā)展高潮。
1958年,全國(guó)掀起“大躍進(jìn)”運(yùn)動(dòng),工業(yè)大煉鋼鐵,農(nóng)業(yè)大搞農(nóng)田水利建設(shè),工業(yè)、農(nóng)業(yè)都急需水泥,中央建材主管部門(mén)在中共中央關(guān)于“大、中、小并舉”和“土洋結(jié)合”等方針的指引下,發(fā)動(dòng)全國(guó)各地建設(shè)立窯水泥企業(yè),抽調(diào)工程技術(shù)人員分赴河北、河南、山東、浙江、安徽、廣東和甘肅等地幫助當(dāng)?shù)亟◤S。在河北省獲鹿縣建立立窯小水泥實(shí)驗(yàn)廠,作示范和培訓(xùn)地方辦廠人員。在河南鄭州召開(kāi)全國(guó)水泥生產(chǎn)促進(jìn)會(huì),推廣河南偃師和河北滿城等地用土立窯生產(chǎn)水泥的經(jīng)驗(yàn)。在短短的幾個(gè)月內(nèi),土立窯廠在全國(guó)各地就遍地開(kāi)花,數(shù)量達(dá)9000多個(gè),工廠生產(chǎn)規(guī)模從日產(chǎn)10多公斤到100多噸的都有,真是“八仙過(guò)?!备黠@神通。這些廠生產(chǎn)設(shè)備都非常簡(jiǎn)陋,大都是磚砌的土立窯,規(guī)格五花八門(mén),有的甚至用手拉風(fēng)箱燒熟料,用石碾子磨水泥。許多廠的產(chǎn)品質(zhì)量非常低劣,有的只能算作石灰燒黏土水泥,用于修筑公路后汽車(chē)一壓就碎。這是一場(chǎng)非常盲目的建設(shè)立窯水泥企業(yè)的群眾運(yùn)動(dòng),與大煉鋼鐵一樣,勞民傷財(cái)、得不償失。
面對(duì)這一場(chǎng)群眾運(yùn)動(dòng),中央建材主管部門(mén)進(jìn)行了及時(shí)引導(dǎo),并于1958年下半年在唐山市連續(xù)兩次召開(kāi)全國(guó)小型水泥企業(yè)會(huì)議,提出“從土到洋”的技術(shù)改造意見(jiàn)。會(huì)議指出,建設(shè)企業(yè)要“四靠”、“三就”,即靠資源、靠水源、靠電源、靠交通;就地取材、就地生產(chǎn)、就地使用。還指出,工廠必須裝備破碎機(jī)、球磨機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、成球機(jī)和煅燒窯等等。此時(shí),水泥設(shè)計(jì)院參照云南昆明立窯水泥廠經(jīng)驗(yàn),及時(shí)設(shè)計(jì)出Φ2×8m和Φ2.5×10m普通立窯及其生產(chǎn)線配套設(shè)備圖紙,并以此為基礎(chǔ)編制出我國(guó)第一個(gè)年產(chǎn)3.2萬(wàn)噸水泥立窯廠定型設(shè)計(jì)。中央建材主管部門(mén)的引導(dǎo)和這個(gè)定型設(shè)計(jì)的普遍推廣,基本扭轉(zhuǎn)了盲目發(fā)展立窯水泥廠的混亂局面。到1960年,立窯水泥廠減少為665個(gè),小水泥產(chǎn)量由1958年的27萬(wàn)噸增加到463萬(wàn)噸。
1960年冬,黨和政府對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)行調(diào)整,中央建材主管部門(mén)對(duì)不符合要求的立窯水泥企業(yè)一律實(shí)行“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)”。那時(shí),中央政府命令十分有效,真正能做到令行禁止。從此,關(guān)停了一大批立窯水泥企業(yè),到1962年只剩下30多家,小水泥產(chǎn)量由463萬(wàn)噸下降到95萬(wàn)噸,僅為1960年的1/5。
四、第三個(gè)發(fā)展高潮(“文化大革命”期間)
1962年到1966年間,小水泥產(chǎn)量一度增長(zhǎng),這是國(guó)民經(jīng)濟(jì)調(diào)整后得到穩(wěn)步提高的結(jié)果。1966年到1968年間,小水泥產(chǎn)量又一度回落,這是由于1966年開(kāi)始了“文化大革命”,國(guó)民經(jīng)濟(jì)全面下滑,導(dǎo)致小水泥產(chǎn)量相應(yīng)下降。然而,從1968年開(kāi)始到“文革”宣告結(jié)束的1976年,小水泥產(chǎn)量急劇大幅增長(zhǎng),這就是中國(guó)水泥史上立窯生產(chǎn)的第三個(gè)發(fā)展高潮。
“文革”開(kāi)始后不久,中共中央發(fā)起“農(nóng)業(yè)學(xué)大寨”運(yùn)動(dòng),全國(guó)范圍內(nèi)再次掀起大興農(nóng)田水利建設(shè)的熱潮。當(dāng)時(shí)水泥奇缺,大水泥遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的需要。面對(duì)這樣的局面,中央建材主管部門(mén)決定采取“大躍進(jìn)”時(shí)期曾經(jīng)使用過(guò)的辦法,發(fā)動(dòng)群眾大力興辦立窯小型水泥企業(yè)。自1968年11月在廣東東莞召開(kāi)地方水泥工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)后,連續(xù)3年,每年都召開(kāi)一次現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì),對(duì)小水泥支農(nóng)進(jìn)行宣傳,對(duì)立窯水泥建設(shè)進(jìn)行發(fā)動(dòng)和政策引導(dǎo)。如1971年的泰安會(huì)議,提出了“五個(gè)為主”的方針,即方向以農(nóng)業(yè)服務(wù)為主、資金以自籌和自己積累為主、原料以就地取材為主、設(shè)備以修舊利廢和自己制造為主、技術(shù)力量以自己培養(yǎng)為主。在中央建材主管部門(mén)的發(fā)動(dòng)下,全國(guó)各地,從省到縣、鄉(xiāng)、村,各行各業(yè)凡有條件的地方和單位都紛紛興辦立窯水泥廠。“文革”前夕全國(guó)立窯水泥廠僅200多家,到1976年立窯水泥廠發(fā)展到3000多家。1973年小水泥產(chǎn)量達(dá)到1965萬(wàn)噸,首次超過(guò)大水泥產(chǎn)量,占總產(chǎn)量的53%;1976年小水泥產(chǎn)量已達(dá)到2911萬(wàn)噸,占總產(chǎn)量的62%。
這一時(shí)期新建的立窯水泥廠,其技術(shù)特點(diǎn)除極少數(shù)廠以外,絕大多數(shù)屬土立窯與普通立窯范疇,而且都是由各地政府在中央建材主管部門(mén)“五個(gè)為主”方針引導(dǎo)下,采用因陋就簡(jiǎn)、“土法上馬”的辦法建設(shè)起來(lái)的。一般都是先建一臺(tái)磚砌的土立窯和一臺(tái)球磨機(jī),既磨生料又磨水泥,然后再增加一臺(tái)磨機(jī),將生料和水泥在各自的磨機(jī)內(nèi)制備,以后再增添各種儲(chǔ)庫(kù)和包裝設(shè)備,逐步提升到水泥設(shè)計(jì)院編制的年產(chǎn)3.2萬(wàn)噸水泥的普通立窯定型設(shè)計(jì)的水平。許多廠的技術(shù)非常落后,化驗(yàn)室不規(guī)范,少數(shù)廠甚至沒(méi)有化驗(yàn)室,生料配方是從別廠抄來(lái)的,一年四季都不變,水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)采用土辦法,產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。在這個(gè)時(shí)期,有少數(shù)省、市地方政府所建的小水泥廠,甚至還采用比立窯更為落后的鴨蛋窯燒水泥熟料,其產(chǎn)品質(zhì)量很低、勞動(dòng)條件極差、燃煤浪費(fèi)很大、環(huán)境污染更加嚴(yán)重。這種窯型往往在“土法上馬”時(shí)采用,或者為盡快滿足需要而采取應(yīng)急措施時(shí)采用,在全國(guó)小水泥廠中并未廣泛應(yīng)用。
在“文革”期間,中央綜合經(jīng)濟(jì)管理部門(mén)提倡搞小鋼鐵、小化肥和小水泥等的所謂五小工業(yè),有些人甚至錯(cuò)誤地認(rèn)為小水泥可取代大水泥,因此造成大水泥的國(guó)家建設(shè)投資極低,使其產(chǎn)量增長(zhǎng)很慢,到“文革”結(jié)束時(shí)小水泥產(chǎn)量已超出大水泥產(chǎn)量的12%。中國(guó)水泥界有識(shí)之士對(duì)這樣的發(fā)展形勢(shì)感到十分憂慮。當(dāng)時(shí),水泥設(shè)計(jì)院何奇?zhèn)ジ痹洪L(zhǎng)從“五七”干校勞動(dòng)鍛練后回到工作崗位,發(fā)表了主張發(fā)展大水泥的文章,講出了廣大水泥技術(shù)干部和管理干部的心聲,大家對(duì)他實(shí)事求是、敢于直言的精神深表欽佩。
在有關(guān)政府部門(mén)倡導(dǎo)下,我國(guó)小水泥企業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)了,而且小水泥產(chǎn)量超過(guò)了大水泥。這種不合理局面的產(chǎn)生,一方面由于“文革”“極左”思潮的影響,小水泥發(fā)展一度被提高到不恰當(dāng)?shù)牡匚?,水泥工業(yè)在發(fā)展方向上產(chǎn)生了偏差;另一方面由于我國(guó)人口多,底子薄,經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),缺乏發(fā)展現(xiàn)代水泥工業(yè)所需大量資金,但又要加速發(fā)展經(jīng)濟(jì),急需大量水泥,只得發(fā)展技術(shù)落后、投資少、見(jiàn)效快的小水泥。因此,中國(guó)水泥工業(yè)形成了小水泥產(chǎn)量多于大水泥的結(jié)構(gòu)模式。
小水泥作為大水泥的一個(gè)補(bǔ)充,對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了重要作用,在第二次和第三次發(fā)展高潮中,小水泥廣泛應(yīng)用于農(nóng)村的各種建設(shè),如水利基本建設(shè)的小型水庫(kù)、水渠、揚(yáng)水站和防洪閘等等;農(nóng)業(yè)建設(shè)的曬場(chǎng)、糧囤、畜舍、沼氣池、道路和橋梁等等,滿足了農(nóng)村建設(shè)的需要。
五、機(jī)立窯技術(shù)的發(fā)展
20世紀(jì)50年代末,水泥設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)出普通立窯設(shè)備后,緊接著就參照山西大同口泉水泥廠機(jī)立窯資料,設(shè)計(jì)出Φ2.5×10m機(jī)立窯及其配套設(shè)備,相應(yīng)地提供了年產(chǎn)水泥8.8萬(wàn)噸的機(jī)立窯水泥廠定型設(shè)計(jì),從此在我國(guó)開(kāi)始發(fā)展水泥機(jī)立窯的技術(shù)和生產(chǎn)。
機(jī)立窯的關(guān)鍵部件是機(jī)械卸料裝置。我國(guó)機(jī)立窯卸料設(shè)備先是采用按口泉水泥廠德國(guó)立窯仿制的盤(pán)式卸料器,后是采用按原蘇聯(lián)機(jī)立窯仿制的塔式蓖子卸料器,此后各地科研單位和機(jī)械廠又陸續(xù)開(kāi)發(fā)出往復(fù)式爐篦子卸料器、輥式卸料器、擺輥式卸料器和盤(pán)塔式卸料器等等,采用最廣泛的是塔式篦子卸料器。
機(jī)立窯卸料器的密封裝置十分重要,通常采用三道閘門(mén)裝置進(jìn)行密封,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格貴、容易磨損、維修不便。1972年水泥設(shè)計(jì)院楊大華工程師參照原蘇聯(lián)機(jī)立窯大口徑管的料封出料器圖紙,開(kāi)發(fā)出小口徑管的料封卸料器。此種料封管與三道閘門(mén)相比,漏風(fēng)小、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省、維修容易和便于除塵處理。1臺(tái)Φ2.5×10m機(jī)立窯將三道閘門(mén)改料封管可節(jié)省設(shè)備費(fèi)用1/8,漏風(fēng)量可減少到入窯風(fēng)量的2‰~3‰。在采用高壓鼓風(fēng)提高產(chǎn)量時(shí),料封管更能顯示其不漏風(fēng)的優(yōu)越性。小口徑料封管密封裝置開(kāi)發(fā)成功后立即得到廣泛使用,很受工廠歡迎,有力地推動(dòng)了普通立窯改造成機(jī)立窯。
料封卸料器正常運(yùn)行的關(guān)鍵是管內(nèi)料位的控制,常用控制方法有3種:γ射線控制、電容式控制和壓差式控制。用得最多的是壓差式控制,γ射線控制時(shí)放射性防護(hù)有嚴(yán)格要求。曾發(fā)生過(guò)這樣一件事,一個(gè)機(jī)立窯廠由于經(jīng)營(yíng)不善被迫停產(chǎn),一年多后發(fā)現(xiàn)該廠γ射線同位素源不知去向,廠長(zhǎng)非常緊張,感到責(zé)任重大,一面報(bào)警,一面發(fā)動(dòng)大家各處尋找,后在一個(gè)廢品回收站找到了這個(gè)同位素源,一場(chǎng)虛驚才告結(jié)束,好在尚未發(fā)現(xiàn)在丟失過(guò)程中又造成不良后果。針對(duì)這一事件,中央建材主管部門(mén)特將此事通報(bào)全國(guó),規(guī)定機(jī)立窯廠關(guān)閉時(shí)首先要將γ射線同位素源交當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)妥善處置。
20世紀(jì)的60年代,建材研究院等單位在天津水泥廠曾進(jìn)行機(jī)立窯擴(kuò)徑試驗(yàn),將1臺(tái)機(jī)立窯的直徑由2.5m擴(kuò)大到3.6m。在短期內(nèi)進(jìn)行精心操作的情況下,收到了提高產(chǎn)量的效果。在正常操作情況下,過(guò)分?jǐn)U大直徑帶來(lái)的窯截面溫度不均勻問(wèn)題難以解決,會(huì)使熟料質(zhì)量下降。然而在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),將窯徑適當(dāng)擴(kuò)大到3.0m左右時(shí),可達(dá)到熟料質(zhì)量不降低的條件下增加產(chǎn)量。此后,不少立窯廠將立窯直徑由2.5m擴(kuò)大到3.0m。于是,在機(jī)立窯規(guī)格系列中增加了Φ3.0×10m的一個(gè)規(guī)格。
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